5.2. основные технико-экономические факторы формирования затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений

5.2. основные технико-экономические факторы формирования затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений

Эффективность улавливания загрязняющих веществ из отходящих газов и очистки сточных вод существенно изменяется при использовании различных методов обезвреживания, стоимость которых колеблется в широких пределах. Поэтому одинаковый экологический эффект может быть достигнут при весьма различных затратах, что и определяет задачи выбора наиболее экономичных вариантов предотвращения загрязнения окружающей среды.

Однако в большинстве случаев затраты обычно возрастают экспоненциально при линейном увеличении степени очистки. В этих условиях небольшого сокращения уровня загрязнения можно достигнуть с помощью относительно недорогих мероприятий. Дальнейшее сокращение требует все более сложных и дорогостоящих мер, а полное устранение, по-видимому, недостижимо при любых затратах.

Масштаб затрат на улавливание отходящих веществ и извлечение загрязнений из сточных вод определяется химическим составом и агрегатным состоянием вредных примесей. В отношении предотвращения загрязнения воздушного бассейна наименьшими затратами при высокой эффективности улавливания характеризуются процессы обезвреживания отходящих газовых потоков от твердых примесей.

Современные аппараты обеспыливания газов от твердых частиц можно разбить на четыре группы:

— механические обеспыливающие устройства, в которых пыль отделяется под действием сил тяжести, инерции и центробежной силы. К таким устройствам в первую очередь относятся циклоны;

— мокрые, или гидравлические аппараты, в которых твердые частицы улавливаются жидкостью (например, скрубберы Вентури);

— тканевые фильтры, на которых оседают мельчайшие частицы пыли. Главное достоинство фильтров — высокая эффективность очистки, достигающая 99\% для всех размеров частиц, а также возможность улавливания капель тумана и растворимых аэрозольных частиц;

— электрофильтры, в которых частицы осаждаются за счет ионизации газа и содержащихся в нем пылинок. Электрофильтры работают эффективно и экономично при значительных объемах выбросов и высоких температурах.

Эти группы аппаратов существенно различаются по электрои водопотреблению (табл. 10).

Таблица 10

Удельные расходы энергетических ресурсов на очистку

1000 куб. м технологических выбросов

Поскольку в поэлементной структуре затрат на улавливание загрязняющих веществ из отходящих газов основная часть затрат, как отмечалось ранее, приходится на энергию, различия в энергоемкости очистки газов на отдельных аппаратах непосредственно определяют соответствующие различия и в общей величине себестоимости очистки.

Минимальна стоимость очистки отходящих газов от твердых примесей при механическом обеспыливании на циклонах. По имеющимся данным, текущие затраты по обеспыливанию 1 млн куб. м отходящих газов на циклоне ЦН-24 (при мощности 128 тыс. куб. м/час) в середине 80-х годов в действовавших ценах составляли около 9 руб., а приведенные затраты (при Ен = 0,12) — 45 руб. Исходя из обеспечиваемого циклоном снижения содержания в отходящих газах пыли и золы с 17 до 0,15 г/куб, м приведенные затраты на улавливание 1 т твердых веществ составляли 2,67 руб. В то же время, например, приведенные затраты на улавливание 1 т твердых веществ в скруббере Вентури (при мощности 360 тыс. куб.м/час и снижении концентрации с 37 до 0,1 г/куб, м) составляли 6,14 руб., а в рукавном фильтре ФРКДИ-100 (при мощности 250 тыс. куб. м/час и снижении концентрации пыли и золы с 25 до 0,05 г/куб, м) — почти 13 руб.

Уровень этих затрат в современном масштабе цен можно с определенной долей условности укрупненно рассчитать на основе индексов цен производителей промышленной продукции. Исходя из базисного индекса этих цен в 1999 г. в целом по промышленности России (28,5 тыс. раз к 1990 г.), приведенные затраты на улавливание твердых примесей из отходящих газов при проектных параметрах эксплуатации очистных сооружений составляют (с учетом деноминации денежных знаков) 76—370 руб./т.

При наличии существенных различий в уровне затрат на улавливание твердых веществ различными методами для всех схем очистки отходящих газов наблюдается заметная тенденция уменьшения удельных затрат (как капитальных, так и текущих) на улавливание с увеличением мощности агрегатов. Кроме того, имеется также зависимость между текущими затратами на очистку выбросов от пыли и размерами содержащихся в отходящих газах пылевых частиц, а также степенью их улавливания: с увеличением размера пылевых частиц повышается эффективность их улавливания и снижаются расходы энергии, а значит и уменьшаются удельные эксплуатационные затраты.

Из современных методов обезвреживания органических примесей и окиси углерода экономически наиболее эффективными являются адсорбционно-окислительный и нестационарный методы каталитического дожигания.

На практике эти методы применяют для обезвреживания газовых выбросов, содержащих небольшие количества различных летучих органических соединений (ЛОС). При этом затраты на очистку газа каталитическим окислением в 1,5—2 раза выше, чем адсорбционно-окислительными способами. В современном масштабе цен приведенные затраты на улавливание ЛОС (в количестве 40-90 т/год) оцениваются в 3—8 тыс.руб./т. При значительных объемах летучих органических соединений в отходящих производственных и вентиляционных газах экономически целесообразна их рекуперация с возвратом в производственный процесс уловленных растворителей.

Экономика рекуперации растворителей из загрязненного воздуха сильно зависит от их концентрации. Рентабельность работы газоочистных установок достигается при следующих минимальных значениях концентрации растворителей (в г/куб, м): бензол и толуол — 2,0, ксилол — 2,1, трихлорэтилен — 1,8, метиленхлорид — 2,9, метилацетат и этилацетат — 1,1, этанол — 1,8, ацетон — 3,0, сероуглерод — 6,0, бутилацетат — 1,5. С повышением исходной концентрации ЛОС в отходящих газах энергетические и материальные затраты на 1 т рекуперированного растворителя сокращаются.

Затраты на рекуперацию растворителей адсорбционными методами зависят также от размера и удельного объема микропор, которые определяют сорбционную емкость угля.

На многих производствах вентиляционный воздух в небольших количествах содержит пары нескольких растворителей. Например, газовые выбросы лакокрасочных предприятий имеют 8—12 летучих органических компонентов, суммарная концентрация которых не превышает 2—4 г/куб, м. Рекуперация растворителей из таких газов экономически нецелесообразна, поскольку дополнительные капитальные затраты, а также затраты на энергоносители в несколько раз превосходят стоимость рекуперированных растворителей. Закономерность повышения затрат на разделение растворителей в газовых смесях при снижении их исходных концентраций определяется и чисто физически исходя из термодинамических и кинетических свойств отходящих газовых смесей.

Среди прочих факторов, оказывающих существенное влияние на экономичность улавливания летучих органических соединений, выделяется степень их извлечения из газовых смесей. Эффективность улавливания ЛОС существенно зависит от их исходной концентрации в газовых смесях, непосредственно определяющей удельные экономические показатели газоочистки, что отмечалось выше. Однако использование более эффективных технологий очистки при всех концентрациях оказывается более дорогостоящим. Поэтому при повышении показателей эффективности улавливания по совокупности очистных сооружений затраты на извлечение ЛОС из отходящих газов в целом имеют тенденцию к увеличению. Эти тенденции формирования уровня затрат на улавливание характерны и для других загрязняющих веществ.

Рассмотренные выше основные факторы формирования затрат на улавливание и обезвреживание отходящих веществ, загрязняющих атмосферный воздух (физические свойства и агрегатное состояние загрязняющих веществ, их исходное содержание в смесях, поступающих на очистные сооружения, эффективность очистки и уровень агрегатной концентрации технологических процессов улавливания и обезвреживания), в целом оказывают определенное влияние и на формирование уровня затрат по очистке сточных вод, но их значимость и характер проявления имеют существенные отличия.

Эффективность очистки сточных вод в меньшей степени ограничена фактором времени, чем обезвреживание отходящих газовых смесей. Образование и извлечение загрязняющих веществ в сточных водах могут быть территориально разобщены, потоки сточных вод могут быть стабилизированы путем смешения и усреднения химического состава, предварительно проходить первые стадии очистки с учетом их специфики и затем перемещаться на значительные расстояния для поступления на очистные сооружения, обеспечивающие нормативный уровень качества сточных вод. Процесс очистки протекает более устойчиво и полно, когда ведут совместную очистку бытовых и производственных сточных вод, если последние не содержат токсичных соединений, затрудняющих или полностью парализующих работу кустовых очистных сооружений.

Это обуславливает возможность выделения процессов очистки сточных вод в самостоятельную подотрасль в составе водопроводно-канализационного хозяйства с созданием специализированных предприятий, что существенно расширяет возможности для оптимизации как технологий, так и организации очистки.

Методы очистки сточных вод можно разделить на четыре группы. К первой группе относятся методы, применение которых, как правило, не позволяет повторно использовать ни очищенные стоки, ни загрязняющее их вещество (отстаивание, коагуляция, биохимическая очистка без доочистки). Ко второй группе относятся методы очистки, которые дают возможность использовать очищенную воду без утилизации ценных веществ (химическое окисление, восстановление, осаждение). Третью группу составляют методы, которые позволяют использовать повторно только извлеченные из сточных вод продукты (кристаллизация, выпаривание). В четвертую группу включают методы, позволяющие использовать и очищенные сточные воды, и извлекаемые из них ценные компоненты (ионный обмен, обратный осмос и др.).

Наиболее распространенным методом четвертой группы в настоящее время является ионный обмен, который может с успехом применяться для извлечения из сточных вод токсичных компонентов: металлов (цинка, меди, хрома, свинца, никеля, ртути, кадмия и др.), а также соединений мышьяка и фосфора, цианистых соединений, радиоактивных веществ. Метод позволяет утилизировать ценные вещества при высокой степени очистки сточной воды.

Расширяется сфера применения электродиализа, электрокоагуляции и электрофлотации, которые могут применяться для удаления из сточных вод как растворенных, так и нерастворимых загрязнений органического и минерального происхождения. Основным недостатком электрохимических методов очистки сточных вод, сдерживающим их широкое применение, является высокий расход электроэнергии. Поэтому затраты на электрохимические методы значительно превышают затраты на другие методы физико-химической очистки (табл. 11).

Основным направлением совершенствования организации биохимической очистки сточных вод традиционно является создание крупных кустовых (городских) сооружений. Экономические преимущества этого направления обусловлены ярко выраженным эффектом агрегатной концентрации процессов очистки. С ростом концентрации производственных процессов затраты монотонно возрастают, но постоянные и переменные расходы увеличиваются в разной степени. Это позволяет реализовать процедуру выбора типа сооружений как оптимизационную. Поскольку большинство видов производственных расходов (особенно затраты, связанные с созданием и использованием основных фондов) растут в меньшей степени, чем масштаб производственной деятельности, удельные величины этих затрат на единицу объема очищенных стоков или массы извлеченных из них загрязнений сокращаются.

Уровень затрат на очистку зависит в некоторой степени и от исходной концентрации загрязняющих веществ (очистка концентрированных стоков обходится значительно дешевле, чем разбавленных), хотя фактор объема очищаемых стоков при всех обстоятельствах является наиболее значимым.

Изменение затрат на биохимическую очистку может быть связано с наличием в стоках специфических веществ, устранение которых требует дополнительных материальных и энергетических затрат, причем весьма значительных. Наличие в сточных водах токсичных ингредиентов предполагает осуществление локальной физико-химической очистки, которая характеризуется по многим эффективным методам значительно более высоким уровнем затрат при сохранении тенденций их снижения с увеличением производительности очистных сооружений (табл. 12). Аналогичные соотношения характерны и для себестоимости очистки.

Таблица 11

Технико-экономические показатели некоторых

физико-химических методов очистки сточных вод

(в ценах 1990 г.)

Таблица 12

Соотношения удельных капитальных вложений по видам очистных сооружений различной производительности

(руб. на 1 куб.м/сут. в ценах 80-х годов)

Таким образом, при изучении экономических показателей конкретных природоохранных объектов необходимо учитывать влияние совокупности факторов, определяющих уровень затрат на создание и эксплуатацию этих объектов, включая доступный уровень концентрации технологических процессов по охране окружающей среды и его отраслевые особенности, характеристики газовых потоков и потоков сточных вод, подлежащих обезвреживанию с определенной эффективностью, тенденции развития методов предотвращения поступления загрязняющих веществ в окружающую среду.

Для установления конкретных значений экономических показателей улавливания (извлечения из сточных вод) определенных загрязняющих веществ целесообразно использовать методики калькулирования продукции в отраслях с многопродуктовыми технологическими процессами по комплексной переработке сырья.